obshchaya_fizika_ft_2012

Министерство образования Республики Беларусь Учебно-методическое объединения по педагогическому образованию

ОБЩАЯ ФИЗИКА Типовая учебная программа

для учреждений высшего образования по специальности 1-02 06 02 Технология (по направлениям). Дополнительная специальность

(1-02 06 02-07 Технология (технический труд). Физика)

СОСТАВИТЕЛИ:

Савенко B.C., заведующий кафедрой общей физики и методики преподавания физики учреждения образования «Мозырский государственный педагогический университет имени И.П. Шемякина», доктор технических наук, профессор;

Бежанова А.И., доцент кафедры общей физики и методики преподавания физики учреждения образования «Мозырский государственный педагогический университет имени И.П. Шамякина», кандидат физико-математических наук, доцент;

Ребко А.Т., доцент кафедры общей физики и методики преподавания физики учреждения образования «Мозырский государственный педагогический университет имени И.П. Шамякина», кандидат педагогических наук, доцент

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра физики и технических дисциплин учреждения образования «Могилевский государственный университет имени А.А. Кулешова»;

Кисель В.В., доцент кафедры общей и теоретической физики учреждения образования «Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка», кандидат физико-математических наук, доцент

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой общей физики и методики преподавания физики учреждения образования "Мозырский государственный педагогический

имени И.П. Шамякина" (протокол № 6 от 26 апреля 2011г.); Научно-методическим советом по физико-математическому

образованию и технологии учебно-методического объединения по педагогическому образованию (протокол № 2 от 12.05.2011 г.)

Ответственный за выпуск: Савенко B.C.

3 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Физика - наука о свойствах, формах и строении материи (вещества и поля), наиболее общих законах ее движения и превращения. Физика и ее законы лежат в основе всех естественных наук (химии, биологии, астрономии). Границы, отделяющие физику от других естественных наук, в значительной мере условны и меняются с течением времени сообразно тому, как меняется уровень решаемых физических задач.

Физика тесно связана с техникой и техническими дисциплинами. Поэтому значение курса физики в процессе специальной подготовки преподавателя по специальности 1-02 06 02-07 «Технология (технический труд). Физика» определяется той ролью, какую играет физическая наука в жизни современного общества, её воздействием на темпы научнотехнического прогресса, на развитие культуры человека, на формирование социально-значимых ориентации, которые обеспечивают гармонизацию отношения человека с окружающим миром.

Курс общей физики совместно с курсом теоретической физики имеет функциональное значение для подготовки студентов к их будущей специальности. Он должен дать студентам основные знания физики на экспериментальной основе и подготовить их к изучению других дисциплинтеоретической физики, электротехники и электропривода станков, методики преподавания физики.

Имея в виду осуществление политехнической подготовки будущих учителей, необходимо на конкретных примерах раскрыть взаимосвязь физики и техники, ознакомить студентов с действием физических законов в различных областях человеческой деятельности. Достаточное внимание должно быть уделено изучению физических процессов, протекающих в окружающей нас природе.

Программа курса «Общая физика» составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта Республики Беларусь для специальности 1-02 06 02-07 «Технология (технический труд). Физика». В соответствии с многообразием исследуемых форм движения материи, объектов и процессов физику подразделяют на ряд разделов, в той или иной мере связанных между собой. Настоящая программа предусматривает традиционную последовательность изучения курса: механика; молекулярная физика и термодинамика; электричество и магнетизм; оптика; квантовая физика, физика атома и атомного ядра.

Все виды учебных занятий (лекции, практические занятия по решению задач, лабораторные работы) целесообразно вести по определенной системе, направленной на подготовку студентов к их будущей специальности учителя.

При изложении программного материала необходимо базироваться на знаниях, полученных студентами в средней школе и учитывать те

4

изменения, которые произошли за последние годы в физическом и математическом образовании.

Чтение курса общей физики необходимо сочетать с хорошо подготовленным демонстрационным экспериментом, который должен служить для студентов образцом методики выполнения и анализа его результатов.

Практические занятия призваны способствовать закреплению теоретических знаний, приобретению студентами навыков их использования при решении конкретных физических задач.

При проведении лабораторных работ нужно добиваться того, чтобы студент ясно представлял исследуемое в них физическое явление или закон, понимал сущность применяемого метода измерения и умел не только осмыслить полученные в работе результаты, но и мог оценить степень их достоверности.

Цель курса - глубоко изучить наиболее простые, и вместе с тем, наиболее общие формы движения материи: механические, атомномолекулярные, гравитационные, электромагнитные, внутриатомные и внутриядерные процессы.

Предметом исследования курса физики являются общие закономерности явлений природы.

Задачи курса:

-сформулировать совокупность физических законов, принципов, концепций, теорий, определяющих научную картину мира;

-отразить структуру данной области науки на основе фундаментальных законов физики;

-раскрыть экспериментальные основы физики;

-сформировать у студентов физическое мышление для объяснения различных природных явлений и процессов, физических свойств вещества, для практического использования физических свойств в повседневной жизни;

-углубить сведения о явлениях и закономерностях, управляющих процессами в окружающем мире;

-выработать умения и навыки работы с физическими приборами, владение методами физических измерений и обработки их результатов;

-привить навыки научно-исследовательской работы, самостоятельной подготовки и решения новых физических задач.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

-роль и место физики в системе наук о природе и человеческом обществе, научно-техническом прогрессе;

-термины, понятия, процессы, явления и закономерности, составляющие основы современной физической науки;

-смысл физических понятий, основных законов и положений, вытекающих из них формул, суть изученных физических явлений;

5

-роль физики в развитии техники и технологии производственных процессов;

-физические основы процессов, протекающих в природе;

-историю и методологию физической науки и конкретные фамилии отечественных и зарубежных ученых, внесших существенный вклад в развитие физической науки, особенно лауреатов Нобелевской премии;

-системы и единицы измерения физических величин, формулы размерностей.

Студенты должны уметь:

-использовать теоретические знания для объяснения явлений природы

ирешения конкретных физических задач с широким использованием современных компьютерных технологий и ТСО;

-применять усвоенный теоретический материал при решении физических задач, анализировать полученный результат, владеть основными алгоритмами при решении стандартных задач;

-моделировать физические процессы на основе использования компьютерной техники;

-самостоятельно работать с различными физическими приборами и оборудованием;

-проводить измерения физических величин, осмысливать полученные результаты, оценивать их точность;

-выполнять элементарные научные исследования и приобщать к этому учащихся;

-работать с различными литературными источниками, пополнять знания, необходимые для будущей педагогической деятельности.

Физика - это наука, находящаяся на стыке многих дисциплин: математики, информатики и др. Для изучения данного курса необходимы знания по педагогике, в частности, дидактике, психологии, методикам преподавания смежных дисциплин - математики, информатики. Физика тесно связана с естественными науками, такими как химия, биология, геология, астрономия, основы современного естествознания. Физика имеет тесную связь с техникой и техническими дисциплинами.

Программа курса рассчитана на 560 часов из них: 282 аудиторных (лекций - 108 часов, практических занятий - 74 часа, лабораторных занятий -100 часов).

На самостоятельную работу выносится изучение основной и дополнительной литературы по лекционному курсу и по темам практических и лабораторных занятий. Самостоятельная работа студентов (СРС) осуществляется в виде аудиторных и внеаудиторных форм по общей физике (работа над конспектом лекции, с применением учебника и дополнительной литературы; подготовка к практическим к семинарским занятиям; изучение, анализ и конспектирование рекомендованной литературы; самостоятельное изучение отдельных тем, параграфов;

6

консультация по сложным, непонятным вопросам; подготовка к экзамену и др.).

К формам контроля самостоятельной работы студентов относятся проверка и защита индивидуальных заданий, защита курсовых работ, тестирование и т.д.

По каждому из разделов курса «Общая физика» предполагается сдача теоретического минимума. Рекомендуемой формой итоговой аттестации студентов является экзамен или зачет.

7

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

8

9

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

1.Механика.

1.1.Введение. Предмет физики. Методы физического исследования. Связь физики с другими науками (математикой, астрономией, философией и др.) и техникой. Материя. Содержание и структура курса физики. Роль курса физики в подготовке преподавателя. Предмет и задачи механики.

1.2.Кинематика материальной точки. Понятие материальной точки. Относительность движения. Система отсчета. Радиус-вектор, векторы перемещения, скорости и ускорения. Принцип независимости движений. Траектория движения и пройденный путь. Перемещение и путь при равномерном и равноускоренном прямолинейном движении.

Тангенциальная и нормальная составляющие ускорения при криволинейном движении. Движение точки по окружности. Угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Векторы угловой скорости и углового ускорения.

1.3. Динамика материальной точки. Взаимодействие тел. Понятие о силе и ее измерении. Принцип независимости действия сил. Силы в природе, фундаментальные взаимодействия. Первый закон Ньютона. Инерциальная система отсчета. Второй закон Ньютона. Масса и ее измерение. Импульс. Сила как производная импульса по времени. Третий закон Ньютона. Преобразования Галилея для координат и скоростей. Принцип относительности Галилея. Границы применения классической механики.

Единицы измерения и размерности физических величин. Международная система единиц. Эталоны массы, длины и времени.

1.4. Динамика системы материальных точек. Законы сохранения.

Система материальных точек. Силы внешние и внутренние. Центр масс и центр тяжести механической системы. Движение центра масс. Замкнутые системы. Закон сохранения импульса замкнутой механической системы. Постоянство скорости центра масс замкнутой системы. Движение тела переменной массы. Уравнения Мещерского и Циолковского.

Работа силы, мощность и энергия. Консервативные и неконсервативные силы и системы. Независимость работы консервативной силы от траектории. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Связь силы с потенциальной энергией. Закон сохранения механической энергии в консервативной системе. Закон сохранения энергии в неконсервативной системе.

1.5. Механика твердого тела. Твердое тело как система материальных точек. Поступательное и вращательное движение абсолютно твердого тела. Момент силы, момент инерции. Уравнение динамики вращательного движения тела относительно неподвижной оси. Пара сил. Момент пары. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса твердого тела и примеры его проявления. Вычисление моментов инерции

10

тел. Теорема Штейнера-Гюйгенса. Кинетическая энергия вращательного движения. Условие равновесия твердого тела. Виды равновесия.

1.6.Всемирное тяготение. Закон тяготения Ньютона, постоянная тяготения и ее измерение. Гравитационная и инертная масса тела. Понятие о поле тяготения. Однородное и центральное поле. Напряженность и потенциал поля тяготения.

1.7.Движение тел при наличии трения. Силы трения. Сухое трение. Трение покоя и трение скольжения, закон Кулона-Амонтона. Трение качения. Значение сил трения в природе и технике.

1.8.Силы упругости. Упругие деформации твердых тел. Виды упругих деформаций. Закон Гука для разных деформаций: одностороннее растяжение (сжимание), сдвиг. Модули упругости, коэффициент Пуассона. Диаграмма напряжений. Упругое последействие. Упругий гистерезис. Потенциальная энергия упругой деформации. Плотность энергии.

1.9.Движение в неинерциальных системах отсчета.

Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.

1.10Механика жидкостей и газов. Давление в жидкостях и газах. Распределение давления в жидкостях и газах, которые находятся в равновесном состоянии. Закон Паскаля. Сила Архимеда. Стационарное слоистое движение жидкости. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости и его применение. Формула Торричелли. Реакция вытекающей струи. Течение вязкой жидкости. Ламинарное и турбулентное течение, число Рейнольдса. Движение тела в жидкостях и газах. Сила лобового сопротивления и подъемная сила. Подъемная сила крыла самолета, формула Жуковского.

1.11.Колебательное движение. Гармонические колебания. Амплитуда, частота, фаза колебаний. Смещение, скорость, ускорение при гармоническом колебательном движении. Связь колебательного и вращательного движений, векторные диаграммы. Колебания систем под действием упругих и квазиупругих сил. Пружинный, математический и физический маятники. Кинетическая, потенциальная и полная энергия колебательного движения.

Сложение колебаний одного направления с одинаковыми и разными частотами. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.

Уравнения движения колебательных систем с трением. Затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания, релаксационные колебания.

1.12. Волновое движение. Возникновение и распространение волн в однородной упругой среде. Продольные и поперечные волны. Уравнение плоской гармонической бегущей волны. Энергия волнового движения. Поток энергии. Интенсивность волны. Вектор Умова. Принцип Гюйгенса.